JPH09508476A - Laser lighting display system - Google Patents

Laser lighting display system

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JPH09508476A
JPH09508476A JP52008295A JP52008295A JPH09508476A JP H09508476 A JPH09508476 A JP H09508476A JP 52008295 A JP52008295 A JP 52008295A JP 52008295 A JP52008295 A JP 52008295A JP H09508476 A JPH09508476 A JP H09508476A
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laser
light source
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JP52008295A
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ウェルチ,デイビッド・エフ
シフレス,ドナルド・アール
ラング,ロバート・ジェイ
ワールツ,ロバート・ジー
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エス・ディー・エル・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 液晶ディスプレイまたはマイクロミラーアレイ等の空間変調ディスプレイパネル(11、13、15)の画素をレーザで走査なしに照らすディスプレイシステムを開示する。 (57) Abstract: discloses a display system that illuminates the pixels of the spatial modulator display panel such as a liquid crystal display or a micro mirror array (11, 13, 15) without scanning with a laser. 赤色、緑色、および青色の光を生成するレーザダイオード系光源(81、83、85)等の各々異なる波長の、少なくとも3つの光源を使用し、そのうち少なくとも1つがレーザである。 Red, green, and blue of each different wavelength of a laser diode-based light source (81, 83, 85) or the like that generates light, using at least three light sources, of which at least one laser. レーザを連続的に早いパルスにしてディスプレイ画素のすべてを時間多重的に照らしてもよいし、連続的(cw)モードで動作させてもよく、ディスプレイ上に配されたカラーフィルタや位相プレート(147)またはマイクロレンズアレイを用いて指定された画素に対してのみ各色の光のスポット(148)を結像させる。 It all display pixels by the laser continuously early pulse may be time multiplexed to light, it may be operated in a continuous (cw) mode, a color filter or a phase plate (147 disposed on the display ) or to image the spot (148) of the light only of the respective colors for the specified pixel by using a microlens array. 2組のレーザ光源(123)は直角直線偏光されるか、またはわずかに波長が異っており、3D画像を製作するのに使用できる。 Two sets of the laser light source (123) is either perpendicular linearly polarized, or slightly wavelengths are different and can be used to fabricate 3D image. 各レーザ光源は各目にディスプレイパネルを1つでもよいし、同じディスプレイパネル(125)を用いてこの2組のレーザ光源を時間多重化してもよい。 Each laser light source to be a display panel even one for each eye, the same display panel (125) the two sets of laser light sources may be time multiplexed with. 見る人は各目の前に偏光フィルタまたはバンドパスフィルタを備えて両眼像を分離する。 Viewer separates comprises a polarizing filter or a band-pass filter binocular image in front of each eye. レーザ光源(81、83、85、87)の光ファイバ結合(99)を利用してこれらの光源およびその電源をディスプレイパネル(115)から物理的に分離することができる。 Can be physically separate these sources and their power from the display panel (115) by utilizing the optical fiber coupling of the laser light source (81, 83, 85, 87) (99).

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ照明ディスプレイシステム技術の分野 本発明は、液晶ディスプレイパネルまたはマイクロアレイディスプレイパネル等の光空間変調器を含む光学系に関し、かつ特にこれらパネルを効率的に照らす技術に関する。 FIELD The present invention DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Laser illumination display systems technology relates to an optical system including an optical space modulator such as a liquid crystal display panel or microarrays display panel, and relates to a technique especially illuminate the panels efficiently. 背景技術 液晶材料または変形可能なマイクロミラーを用いる空間光変調器は、携帯型またはノートブック型コンピュータのフラットパネルディスプレイに応用されており、また頭部に装着するディスプレイバーチャルリアリティシステム、高品位投写テレビシステムおよびデジタル動画劇場映写システムにおける使用が真剣に模索されている。 Spatial light modulator using the background art liquid crystal material or deformable micromirror, portable or notebook has been applied to a flat panel display of the book-type computers, also display virtual reality system to be mounted on the head, high definition projection TV using the system and digital video theater projection system is seriously sought. モノクロおよびカラーの液晶ディスプレイパネルは商業ベースで入手が可能であり、アクティブマトリックスや他の技術による改良が現在進められている。 Monochrome and color liquid crystal display panel is capable of available on a commercial basis, improvement by an active matrix or other techniques are currently underway. ケネス・ワーナー(Kenneth Warner)によるディスプレイ技術の現状と開発努力の状況についての概説が「フラットパネルの未来」と題してIEEE Spe ctrum ,1993年11月号18頁から26頁に掲載されている。 Kenneth Warner has been published in 26 pages from IEEE Spe ctrum, 1993 November 18 page review of the situation of the development effort and the current state of display technology is entitled "the future of flat-panel" by (Kenneth Warner). これらシステムでは、基本的な照明はデフューザと直線偏光子とを介して液晶ディスプレイパネルに光を送る蛍光ランプによるものである。 In these systems, basic lighting is by fluorescent lamp sending light to the liquid crystal display panel through the diffuser and a linear polarizer. カラーディスプレイについては、 パネルがディスプレイ画素に対応する赤色、緑色および青色のフィルタを備える。 For a color display, red panel corresponding to the display pixel comprises a green and blue filters. 蛍光ランプの電光変換効率は一般に高い(50%を超える)が、背部や側部に当たった使用されない光を含め、ランプとディスプレイパネルとの間でかなりの光の損失が生じ、偏光損失は少なくとも50%であり、またカラーフィルタでは広いスペクトルの蛍光ランプの使用されない波長の損失が生じるので、全体的な効率は大変低いものとなる。 Electrical-optical efficiency of the fluorescent lamp is generally high (greater than 50%), including light that is not used hit the back or side, the loss of substantial light between the lamp and the display panel is generated, polarization losses least It is 50%, and since the loss of a wavelength not used for the fluorescent lamp of broad spectrum color filter occurs becomes overall efficiency is very low. さらに制御および画素駆動電子工学装置などの画素と画素の間の領域も照らされることから損失が生じる。 Further losses arise from the region illuminated for between pixels, such as the control and pixel driving electronics device. 後向きに伝搬する光を再び前に向ける反射光学集光システムを利用すれば照明光学装置はさらに複雑なものとなり、また開発中の、現状でも既に扱いにくい頭部装着システムはより重いものとなってしまう。 Illumination optical apparatus By using the reflective optical light collection system that directs before the light propagating in the backward again becomes more complicated, also under development, already cumbersome head-mounted systems at present is become a heavier put away. テキサス・インストロメンツ・インク(Texas Instruments Inc.)から現在入手可能なもう1つのディスプレイ技術としてデジタルマイクロミラー装置がある。 There is a digital micromirror device as another display technology currently available from Texas Instruments Russia Apartments Inc. (Texas Instruments Inc.). この装置は制御電子工学素子で2方向のいずれにでも配向することができる変形可能なシリコンマイクロミラーを使用する。 This device uses a deformable silicon micromirror can be oriented to any of two directions in the control electronics device. 個々のミラーの傾斜に応じて、マイクロミラーを照らす光は映写レンズを通ってビュースクリーンに反射するかまたは映写レンズのアパチャを外れて止められるかのいずれかである。 According to the inclination of the individual mirrors, the light illuminates the micromirror is either stopped out of the aperture of the or projection lens and reflects the view screen through the projection lens. カラーシステムでは光路に挿入されシステムの電子工学素子と同期する回転カラーホイールを使用する。 In color systems using a rotating color wheel that synchronizes with electronic devices of the system it is inserted into the optical path. ジャック・ヤンス(JacK Younse)によるこのマイクロミラー技術に関する概説が「チップ上のミラー」と題してIEEE S pectrum 1993年11月号27頁から31頁に掲載されている。 Jack Jans (JacK Younse) due to the review of this micro-mirror technology has been published in 31 pages from IEEE S pectrum 1993 November 27 pages entitled "mirror on a chip". ここでも照明システムは広いスペクトルの光源と、カラーホイールと、映写レンズを備え、光源とディスプレイとの間に光の損失が生じる。 Even a light source of the illumination system is a broad spectrum here, a color wheel, comprising a projection lens, loss of light between the light source and the display occurs. ただし、このディスプレイは偏光には反応しないので、偏光による損失はなくなる。 However, since the display does not react to the polarization loss due polarization is eliminated. 他に、カシワハラ(Kashiwahara et al.)の米国特許第5,164,715号に記載されるような、各画素の背後に赤色および緑色のLEDを配しかつ青色を発する蛍光ランプで青色画素のすべてを照らす照明方法のディスプレイシステムもある。 Alternatively, Kashiwahara (Kashiwahara et al.) As described in U.S. Patent No. 5,164,715, the blue pixel in the fluorescent lamp that emits arranged and blue to red and green LED behind each pixel there is also a display system of the method of lighting to illuminate all. 走査レーザビームによってディスプレイ画素を連続的に照らす方法がヤン(Yang)の米国特許第4,978,202号、ラング他(Lang et al.)の米国特許第5,018,007号に記載されている。 U.S. Patent No. 4,978,202 of how to continuously illuminate the display pixel by scanning the laser beam Yang (Yang), is described in U.S. Patent No. 5,018,007 rung other (Lang et al.) there. 後者の特許の場合、横方向に光を発するような処理がされた光ファイバケーブルのシートをディスプレイスクリーン上に置き、走査レーザがこの光ファイバに対し順次光を発して画素列を次々に照らす。 In the latter patent, place the sheet of the optical fiber cable, such process is to emit light in a lateral direction on the display screen, the scanning laser illuminates one after another pixel rows emit sequential light to the optical fiber. この連続的照射に同期して列ごとに液晶シャッタが活性化される。 Liquid crystal shutters each column in synchronization with the continuous radiation is activated. 本発明の目的は、空間変調器パネルを効率的に照らすディスプレイシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a display system which illuminates the spatial modulator panel efficiently. 発明の開示 上に述べた目的は、液晶またはマイクロミラーアレイパネル等の空間変調ディスプレイパネルにおいて画素を走査なしで照らすレーザを使用するディスプレイシステムによって達成される。 The purpose stated on the disclosure of the invention is achieved by a display system using a laser to illuminate without scanning the pixels in the spatial modulator display panel such as a liquid crystal or micro-mirror array panel. 少なくとも3つのレーザを用い、それらはレーザダイオード系赤色、緑色および青色光源であることが好ましい。 Using at least three laser, it is preferred that they are laser diodes based red, green and blue light sources. 緑色および青色光源または約600nmを下回る波長の他の光源については、光学的に非線形の調波発生器を用いる周波数2倍レーザダイオードでもよい。 For other light sources with a wavelength below green and blue light sources, or about 600 nm, or a frequency doubled laser diode using optically nonlinear harmonic generator. これ以外の方法では、アップコンバージョンファイバレーザを用いてもよい。 In other methods, it may be used upconversion fiber lasers. 色の制御をよりよくするためには3 色を超える数の色を使ってもよい。 You may use color number of greater than three colors in order to better control the color. 代替的には、他の照明手段とともに少なくとも1つのレーザ光源を使えば3つのレーザ光源を使用する場合に挙げられる利点のうち少なくともいくつかは得ることができる。 Alternatively, at least some of the advantages mentioned in the case of using the three laser light sources With at least one laser light source with other illumination means can be obtained. いくつかの実施例においては、レーザ光源はすべてディスプレイパネルの同じ画素を照らすが、これら光源による照明は連続的なパルスにされており、ディスプレイの照明動作を素早く時間多重化する。 In some embodiments, the laser light source illuminates the same pixel of all the display panel, but the illumination by the light sources are a continuous pulse, quickly time multiplexed illumination operation of the display. これによってカラーディスプレイにおけるディスプレイ画素の数を3分の1減らすことができる。 This makes it possible to reduce one-third the number of display pixels in a color display. 他の実施例では、 異なる色のレーザ光源で、ディスプレイパネル自体の上に配したカラーフィルタを使うかまたは指定された画素上にのみ各色の光のスポットを形成する位相板またはマイクロレンズアレイを使うかのいずれかで、異なる組の画素を照らす。 In other embodiments, different color laser light sources, using a phase plate or a microlens array to form a respective color light spot only on the color or the designated pixel using the filter arranged on the display panel itself in Kano either, illuminate a different set of pixels. この位相板やマイクロレンズ光学素子を使えば、ディスプレイパネルの画素間の領域を確実に照らさないようにして光の損失を低減することもできる。 Using this phase plate or a micro lens optical element may be so as not reliably illuminate the area between the pixels of the display panel to reduce the loss of light. 3次元画像を作り出すためには、2組のレーザ光源で1つまたは2つのディスプレイパネルを照らし、光源を直交方向に直線偏光するかまたはこの2組の光源の間でわずかに波長を変えるかし、見る人は各目の前に偏光フィルタまたはバンドパスフィルタを備えてこの2つの別々に記録された両眼画像を分離する。 To create a 3-dimensional image illuminates one or two display panels in the two sets of the laser light source, slightly changing the wavelength between or the two sets of light sources linearly polarized light source in the direction perpendicular lend , the viewer separates the two separately recorded binocular image was provided with a polarizing filter or a band pass filter in front of each eye. 他の実施例については以下の詳細な説明の項で説明する。 For other embodiments described in the section following detailed description. 先行技術のランプを使う照明法に対してレーザによる照明法が有利なのは、レーザダイオード系光源が小型で軽量であり、かつより単純で軽量な光学素子で集光および分散を行なうことができるビームを生成する点である。 Illumination method by laser Preference to the illumination method using the prior art lamp, a laser diode-based light source is small and light, and the beam can be performed condensing and dispersing in a more simple and lightweight optical element is a point to be generated. また、おそらくランプの方が固有の効率は高いにもかかわらず、レーザダイオード系システムは出力の輝度がより高くまた光源とディスプレイとの間の全体的な光の損失も少ないので全体的な効率が高くなる。 Also, perhaps even though better lamp-specific efficiency high, the overall efficiency because the overall light loss is small between the laser diode systems are higher also the light source and the display luminance of the output higher. このことによって、発生する熱や必要とされる電力量も少なくなるので、より小型で軽量な電池を電源とするディスプレイも可能となる。 This fact, since less amount of power to heat and need to occur, it is possible display of a lightweight battery with power supply smaller. また、光ファイバ結合を利用することでディスプレイパネルからレーザ光源と電源とを物理的に切離すことができるので、より軽量で扱いやすい頭部装着ディスプレイも可能となる。 Further, it is possible to separate from the display panel by using an optical fiber coupling the laser source and the power supply physically, it is possible tractable head mounted display lighter. さらに、各レーザ光源を素早く変調することができるので必要なディスプレイ画素の数が3分の1減り、ディスプレイに係るコストが実質的に低減される。 Furthermore, the number of required display pixels it is possible to modulate the respective laser light sources quickly is reduced one-third the cost of the display is substantially reduced. また、レーザ光源は偏光することができるので、液晶ディスプレイ等の偏光に敏感なディスプレイを照らす非偏光の光源に比べて効率が2倍改善される。 The laser light source because it can be polarized, efficiency compared to non-polarized light of the light source illuminating the sensitive display polarization of a liquid crystal display or the like is improved twice. 図面の簡単な説明 図1は、本発明の第1のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic view of the first laser illumination display system of the present invention. 図2は、本発明において使用する周波数2倍レーザ光源の上面図であり、かつ図3は図2の線3−3に沿って破断した同レーザ光源の断面図である。 Figure 2 is a top view of a frequency-doubled laser light source used in the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of the laser light source taken along line 3-3 in FIG. 図4は、本発明で使用するレーザダイオード光源の斜視図である。 Figure 4 is a perspective view of a laser diode light source used in the present invention. 図5は、本発明の第2のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。 Figure 5 is a schematic diagram of a second laser illumination display system of the present invention. 図6は、本発明のレーザ照明ディスプレイシステムにおいて使用する光を分散させるブロックの透視斜視図である。 Figure 6 is a transparent perspective view of a block for dispersing the light used in the laser illumination display system of the present invention. 図7は、本発明の3次元ディスプレイシステム用の2組のレーザ照明光源および観察者のアイピースフィルタについて強度およびフィルタの透過性と波長との関係をグラフで示す図である。 Figure 7 is a view showing two pairs of eyepiece filters laser illumination source and the viewer the relationship between permeability and the wavelength of the intensity and the filter graphically for three-dimensional display system of the present invention. 図8は、本発明の第3のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。 Figure 8 is a schematic diagram of a third laser illumination display system of the present invention. 図9aおよび図9bは、本発明のファイバ結合マルチレーザ光源と時間多重化マルチレーザ照明ディスプレイシステムのそれぞれ模式図である。 9a and 9b are respectively schematic views of a fiber coupled multi-laser light source and time-multiplexed multi-laser illumination display system of the present invention. 図10aから図10cは、本発明のディスプレイシステム用のスペックル低減レーザ光源の模式図である。 Figure 10c from FIG. 10a is a schematic view of a speckle reduction laser light source for a display system of the present invention. 図11は、この発明の第5のレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。 Figure 11 is a schematic diagram of a fifth laser illumination display system of the present invention. 図12aおよび図12bは、カラーバランスについて3つの光源のパルス変調について、光の強度と時間との関係をグラフで示す図である。 Figures 12a and 12b, the pulse modulation of the three light sources for color balance is a diagram showing the relationship between the intensity of the light and time graph. 図13は、本発明のシステムにおけるレーザ照明マイクロミラーディスプレイパネルの側面図である。 Figure 13 is a side view of a laser illuminating the micromirror display panel in the system of the present invention. 図14aおよび図14bは、異なる組のディスプレイ画素に対し多色光源を影射する、本発明の2つのレーザ照明ディスプレイシステムの模式図である。 Figures 14a and 14b, the Kagei a polychromatic light source for different sets of display pixels is a schematic diagram of a two laser illumination display system of the present invention. 図15aは、本発明のディスプレイシステム用の1組の高輝度照明光源についてレーザ光源強度と波長との関係を示すグラフである。 Figure 15a is a graph showing the relationship between a pair of high-intensity illumination light source for the laser source intensity and wavelength for a display system of the present invention. 図15bは、2つの光源のビームを組合せて1本のより輝度が高いビームにするための光学システムの模式図である。 Figure 15b is more brightness of a single combined beam of the two light sources is a schematic view of an optical system for the high beam. 図16は、本発明のディスプレイシステムとともに使用し、強度プロファイルを変更する二重位相板光学系の模式図である。 Figure 16 is used with the display system of the present invention, it is a schematic view of a dual phase plate optics for changing the intensity profile. 発明を実施するベストモード 図1を参照して、本発明のディスプレイシステムは、液晶またはマイクロミラーマトリックスディスプレイパネル等の1以上の空間光変調器(この実施例では3つ)11、13および15と、波長または色が異なる少なくとも3つのレーザ光源17、19および21を含み、それぞれ赤色、緑色および青色とここでは呼ぶことにする。 Invention with reference to the best mode Figure 1 to implement the display system of the present invention, (three in this embodiment) one or more spatial light modulator such as a liquid crystal or micro-mirror matrix display panel 11, 13 and 15 and comprises at least three laser light sources 17, 19 and 21 wavelengths or different colors, each red, where green and blue will be referred to. 赤色レーザ光源17は、典型的には波長が630から6 50nmの範囲の光を発する。 Red laser light source 17, typically emit light in the range of 6 50 nm from wavelength 630. 緑色レーザ光源19は、典型的には520から5 40nmの範囲の波長の光を発する。 Green laser light source 19, typically emit light in the wavelength range from 520 to 5 40 nm. 青色レーザ光源21は、典型的には460 から480nmの範囲の波長の光を発する。 Blue laser light source 21, typically emit light in the wavelength range from 460 to 480 nm. 各光源について選択される実際の波長は、高品位テレビ、デジタル動画劇場映写システム、またはバーチャルリアリティ頭部装着ディスプレイ等の特定の応用について適合する波長基準による。 The actual wavelengths chosen for each light source, high definition television, digital video theater projection system or by matching wavelength reference for certain applications, such as virtual reality head-mounted display. 図1に示す実施例では、レーザ光源17、19および21は、光透過性ファイバまたはこれらを束にしたもの23、25および27に光学的に結合される。 In the embodiment shown in FIG. 1, the laser light source 17, 19 and 21 is optically coupled to 23, 25 and 27 ones were optically transparent fibers or them into bundles. ファイバなしのレーザを用いてもよい。 You may be using a laser without a fiber. これはディスプレイの効率的な走査のために偏光を維持することが重要な場合などに好ましい。 It is preferred, such as when it is important to maintain the polarization for efficient scanning of the display. また、レーザの偏光を維持するためにファイバが選択されてもよい。 Also, the fiber may be selected to maintain the laser polarization. これらのファイバまたはファイバを束にしたもの23、25および27の出力端は順にディスプレイパネルの前面にあるコリメートレンズ29、31および33に光学的に結合される。 The output end of the 23, 25 and 27 shall have these fibers or fiber bundles are sequentially optically coupled to the collimating lens 29, 31 and 33 on the front of the display panel. このようにして、レーザ光源17、19および21は空間光変調器11、13および15を走査なしで照らすことができる。 Thus, the laser light source 17, 19 and 21 can be illuminated without scanning the spatial light modulator 11, 13 and 15. 空間光変調器11、13および15を透過した光は一連の2色レフレクタ35、37および39によって結合されて単一のカラー画像を結ぶ。 The light transmitted through the spatial light modulator 11, 13 and 15 are joined by a series of two-color reflector 35, 37 and 39 connecting the single color image. この例では、レフレクタ35がディスプレイパネル11を透過した赤色光画像を反射する。 In this example, it reflects red light image reflector 35 is transmitted through the display panel 11. レフレクタ37がディスプレイパネル13を透過した緑色光画像を反射し、かつレフレクタ35が反射した赤色光画像も透過させる。 Reflector 37 reflects the green light image transmitted through the display panel 13, and a red light image reflector 35 is reflected also to transmit. レフレクタ39 はレフレクタ35および37から受けた赤色および緑色の光画像を両方とも反射し、ディスプレイパネル15を透過した緑色光画像を透過させる。 Reflector 39 reflects both the red and green light image received from the reflectors 35 and 37, and transmits the green light image transmitted through the display panel 15. これ以外の組合せで別個の画像を結合させることも可能である。 It is also possible to bind the separate images in any other combination. 結合したカラー画像は周知のレンズ映写光学素子41を介してビュースクリーン43に映写される。 Bound color image is projected on the view screen 43 through the well-known lens projection optics 41. 3個以上のレーザ光源を用いて、3つ以上の別個の変調器11、13および15を照らすのではなく、1個の空間光変調器を照らす他のディスプレイシステムの実施例について以下に説明する。 Using three or more laser light sources, rather than illuminate the three or more separate modulators 11, 13 and 15, will be described below examples of other display systems that illuminates one of the spatial light modulator . 図2および図3を参照して、レーザ光源は典型的にはダイオードレーザまたはレーザダイオードアレイである。 Referring to FIGS. 2 and 3, the laser light source is typically a diode laser or laser diode array. 約600nmより短い波長の場合には、そういう波長の光を直接的に発することができる現在入手可能なダイオードレーザ、すなわちII−VI化合物半導体レーザたとえばMgZnSSeダイオードレーザで現在約100mWを下回る光出力を生成することができる。 In the case of wavelength shorter than about 600nm may generate light output below the current approximately 100mW currently available diode lasers, namely in II-VI compound semiconductor laser for example MgZnSSe diode laser capable of emitting directly light of such wavelength can do. これは頭部装着ディスプレイ等いくつかの応用については許容範囲だが、たとえばフラットスクリーンテレビやデジタル劇場映写システムを含む他の応用については不十分である。 This is allowable range for a head mounted display, some applications, but for example is insufficient for other applications including flat-screen TVs and digital theater projection system. これらの半導体レーザや、未だ実験段階ではあるが、技術開発が進めば、III− V窒化物化合物半導体レーザの出力は増大することが予想される。 These semiconductor lasers and, albeit at still experimental, Progress in technological development, the output of the III-V nitride compound semiconductor laser is expected to increase. しかしながら現時点では周波数2倍ダイオードレーザが緑色および青色波長用に選ばれるレーザ源である。 However a laser source frequency doubled diode laser is chosen for green and blue wavelengths at this time. 他の青色および緑色光源としてはダイオードレーザ出力の差周波数混合(DFM)による周波数変換レーザおよびアップコンバージョンファイバレーザなどが含まれる。 Other blue and green light source and the like difference frequency mixing frequency conversion laser according to (DFM) and upconversion fiber laser diode laser output. 周波数2倍画像導波路47、差周波数混合(DFM)メディア、および周波数が変換されたレーザを生成することができる他の光学装置は、当該技術分野ではまとめて光学的に非線形の周波数変換器として知られる。 Frequency doubling the image waveguide 47, a difference frequency mixing (DFM) media, and other optical devices capable of frequency to produce a converted laser as a frequency converter optically nonlinear collectively in the art known. これらの装置は、図2および図3に示す周波数2倍レーザ21の場合と同様、レーザから発せられた光の波長をシフトさせるのに便利であることが知られている。 These devices, as in the case of frequency-doubled laser 21 shown in FIGS. 2 and 3, are known to be useful for shifting the wavelength of light emitted from the laser. このような周波数2倍レーザ21(または19)には、モノリシックMOPAアレイ45に、平らで光学的に非線形の導波路47を連ね、これらを放熱器サブマウント49上に装着したものがある。 Such frequency-doubled laser 21 (or 19), the monolithic MOPA array 45, flat optically been chosen nonlinear waveguide 47, there is mounted them on the radiator submount 49. MOPAアレイ45は複数の発光素子を、 典型的には10から20個を含んでもよく、その各々が単一の空間モードDBR レーザ発振器セクション51を含み、末広がりになった増幅器セクション53が続く。 MOPA array 45 a plurality of light emitting elements, typically it may include 20 to 10, wherein each of the single spatial mode DBR laser oscillator section 51, followed by an amplifier section 53 became divergent. コリメートレンズ素子55は各アンプセクション53の広い出力端内へ統合される。 Collimating lens element 55 is integrated into a wide output terminal of each amplifier section 53. 非線形の導波路47は好ましくはMOPAアレイ45の出力端に当接する。 Nonlinear waveguide 47 is preferably in contact with the output end of the MOPA array 45. 非線形の光学材料47、たとえばLiNbO 3は周期的にポーリングしてもよく、すなわち周期的に置き換わる強誘電体分極分域を有して、光の基本波長と第2高調波波長の位相を一致またはある程度一致させて、効率的な周波数2倍化を図る。 Nonlinear optical material 47, for example, LiNbO 3 may be periodically polled, i.e. a ferroelectric polarization-domain replacing periodically, or match the fundamental wavelength and the phase of the second harmonic wavelength of light by some extent matched, achieving efficient frequency doubling. また、MOPAアレイのレーザ発振器51は、好ましくは最高の周波数2倍化効率を得るためTM分極モードで発振するように構成することが好ましい。 The laser oscillator 51 of the MOPA array preferably preferably configured to oscillate in the TM polarization mode for the best frequency doubling efficiency. 1素子当り1ワットの出力で920nmから960nmの光を発する10個の素子からなるMOPAアレイは、全青色光出力電力1ワットに対し1素子当り約100mWの出力で、460 nmから480nmの青色光の周波数が2倍にされた出力を、非線形の導波路4 7から生成することができる。 MOPA array of ten elements that emit light of 960nm from 920nm with an output of 1 watts per 1 element, the output of all the blue light output power 1 watt to 1 element per about 100 mW, 480 nm blue light from 460 nm the output frequency of is doubled, may be generated from nonlinear waveguide 4 7. 同様に、1素子当り1ワットの出力で1040n mから1080nmの光を発する10素子のMOPAアレイは、全出力約1ワットで周波数2倍化を行なった後520nmから540nmの緑色光を生成することになる。 Similarly, 1 MOPA array of 10 elements that emit light of 1080nm from 1040N m in element per watt output, 520 nm to generate a green light of 540nm from after performing frequency doubled at full power about 1 watt become. 青色または緑色レーザ出力はMOPAアレイ45のレーザ素子の数に対応する数の光ファイバ57のアレイ内へ結合される。 Blue or green laser output is coupled into the array number of the optical fiber 57 corresponding to the number of laser elements of MOPA array 45. 好ましくは、この光ファイバ57 は周波数2倍化導波路47の出力端に当接するかまたはレンズ結合する。 Preferably, the optical fiber 57 or lens coupling abuts on the output end of the frequency 2 Baikashirube waveguide 47. ファイバのアレイ57は溝を付けたファイバトレイ59に対し整合しやすいように配列してもよく、放熱器61上でレーザ光源のサブマウント49が装着されてもよい。 May array 57 of fibers is arranged so as to be easily aligned with respect to the fiber tray 59 grooved, the submount 49 of the laser light source on the radiator 61 may be mounted. 光ファイバ57は丸いファイバの束、典型的には7本のファイバのアレイで、 直径400μmでかつ0.4NAを下回るファイバの束としてファイバの出力側では再配列されている。 Bundle of optical fibers 57 is round fibers, typically an array of seven fibers are rearranged in the output side of the fiber as a bundle of fibers below a and 0.4NA diameter 400 [mu] m. MOPAアレイ45への電気入力から、ファイバの束の光パワー出力63までの全体的電気光学変換効率はワット当り約15%または30ルーメンであり、 ファイバ出力63の輝度は10 6ルーメン/sr・cm 2の位である。 From the electrical input to the MOPA array 45, the overall electro-optical conversion efficiency to the light power output 63 of the bundle of fibers is about 15%, or 30 lumens per watt, the brightness of the fiber output 63 10 6 lumens / sr · cm is a 2-position. MOPA周波数2倍アレイにはさまざまな代替的構成が存在する。 Various alternative configuration exists in the MOPA frequency doubled array. 第1の代替例は単一のMOPAを共振によって周波数を2倍化するやり方である。 The first alternative is a way of doubling the frequency by the resonance of a single MOPA. 共振空洞2倍化の概念についてはAppl. Appl the concept of the resonant cavity doubling. Phys. Phys. Lett. Lett. 56 ,2291(1990年)にコズロフスキー他(Kozlovsky et al.)が詳しく説明している。 56, 2291 (1990 years) Kozlovsky other (Kozlovsky et al.) Is described in detail. コリメート用光学素子を備える1 W MOPAは現在標準的な商業ベースの製品である。 1 W MOPA comprising an optical element for collimating the current standard commercial products. 光は共振2倍器に入射する。 Light incident on the resonator doubler. フィードバックループおよび周波数が調整可能なMOPA を用いて、最大の可視波長変換効率が得られる共振器周波数にレーザをロックする。 Using a feedback loop and frequency adjustable MOPA, to lock the laser to the resonator frequency maximum in the visible wavelength conversion efficiency can be obtained. 第2の代替例は商業ベースで入手が可能なSDL5420レーザ等の単一モードインデックス誘導レーザをある程度位相がマッチした非線形の光学導波路に結合するやり方である。 The second alternative is a way of binding to a non-linear optical waveguides single mode index guided laser to some extent phase matches the SDL5420 laser or the like capable of available on a commercial basis. このタイプの導波路周波数2倍器については、バン・デル・ポール(Van der Poel)が、論文57 、2074、(1990年)に説明しており、またリスク(Risk)がAppl. The information about the types of waveguide frequency doubler, van der Pol (Van der Poel) is, paper 57, 2074, has been described (1990), The Risk (Risk) is Appl. Phys. Phys. Lett. Lett. 58 、19(1991年)に説明している。 58, are described in 19 (1991). これら装置のアレイをある程度位相がマッチした非線形の光学導波路のアレイに結合することもできる。 An array of these devices may to some extent be phase binds to an array of matched nonlinear optical waveguide. これで可視光出力がレンズのアレイまたは他の光学素子によって少なくとも部分的にコリメートされて、液晶ディスプレイ等の光変調器アレイを均一に照らすことができる。 This is at least partially collimated visible light output by the array or other optical elements of the lens, it is possible to illuminate the light modulator array such as a liquid crystal display uniformly. このような装置からの出力は直線偏光されていると考えられる。 The output from such a device is considered to be linearly polarized. アレイの各レーザ素子は1MHzより速い速度で変調することが可能であり、 またすべての素子をパルスモードまたはCWモードのいずれかで並列に駆動することができる。 Each laser element of the array can be modulated at a faster rate than 1 MHz, and may be driven in parallel with either the pulsed mode or CW mode all elements. 図4を参照して、赤色レーザ光源は1ワットの全出力に対して素子当り約10 0mWの光学パワー出力を有する10素子位相ロックレーザアレイで構成され得る。 Referring to FIG. 4, the red laser light source may be constituted by a 10 element phase-locked laser array having optical power output of the device per about 10 0 mW for all outputs 1 watts. 代替的には、末広がりの利得領域を備える単一のレーザ素子を使用してもよい。 Alternatively, you may use a single laser element having a flared gain region. 図4に示されるとおり、この単一のレーザ素子は、GaAs基板69上にI nGaP活性量子井戸65とInGaAsPクラッド層67を含み得る。 As shown in FIG. 4, the single laser element may include I NGAP active quantum well 65 and the InGaAsP clad layer 67 on the GaAs substrate 69. この構成は、1つのキャビティレフレクタ73に、第2のキャビティレフレクタ77で100から300μmの幅のアパチャで終端となる約長さ1mmから2mmの末広がりの利得セクション75が続く構成の隣に1から5μmの幅の単一モードの導波路71を備えてもよい。 This arrangement 1 to a single cavity reflector 73, next to the second cavity reflector 77 at flared gain section 75 from a length of about 1mm that terminates 2mm from 100 aperture width of 300μm followed configuration from it may comprise a single mode waveguide 71 having a width of 5 [mu] m. このレーザはほとんど単一横モードの640nmでおよそ1ワットの光学出力を生成する。 The laser almost produces an optical output of approximately 1 watt 640nm single transverse mode. これ以外にも高出力で、高輝度の赤色レーザダイオード光源が知られておりそれらを使用することもできる。 In even a high output in other, it is also possible to use them and the red laser diode light source of a high luminance are known. それらの光源にはマルチモードの高域レーザや単一モードまたはマルチモードレーザのアレイが含まれる。 The their sources include high-frequency lasers and single-mode or multimode laser array of multimode. なお、レーザキャビティ内で波長選択損失を有するレーザ光源の多く、たとえば1以上の格子レフレクタを備えるレーザダイオード系光源などは積極的に調整することができる。 Incidentally, many laser light source having a wavelength selection losses in the laser cavity, such as a laser diode based light source comprising one or more grating reflector can be adjusted actively. たとえは、MOPAまたはDBRレーザダイオードは、同装置の格子領域における屈折率を、同格子領域において電流を注入するかまたは電荷を空乏化することによって積極的に調整して、ある一定の範囲(典型的には約10nmであり、しばしば30nmの場合もある)におけるどのような波長でも発することができるようにする。 For example, the MOPA or DBR laser diode, a refractive index in the grating region of the device, and actively adjusted by depleting the or charge injecting current in the grating region, a certain range (typically thereof include about 10 nm, often to be able to emit in any wavelength in the case of 30nm also). ダイオードレーザ系光源の波長発射をこのように積極的に調整するやり方を利用してレーザ照明ディスプレイシステムのカラーバランスを調節し最高のカラー画像を得ることができる。 The wavelength emitted diode laser system source can thus positively utilizing the way of adjusting adjusts the color balance of the laser illumination display systems the best color images. また図7を参照して以下に説明する3D画像を製作するのにも利用できる。 The can also be used to fabricate the 3D image will be described below with reference to FIG. 図5を参照して、赤色、緑色、青色および選択的に設けられる赤外線レーザ光源81、83、85および87からの光は光ファイバまたは光ファイバを束にしたもの91、93、95および97内へそれぞれ結合され、これらファイバは単一のファイバまたは混合されたファイバの束99にまとめられる。 Referring to FIG. 5, the red, green, those light from an infrared laser light source 81, 83, 85 and 87 are provided so blue and selectively to the optical fiber or optical fiber bundles 91, 93, 95 and 97. to respectively coupled, these fibers are grouped into bundles 99 of a single fiber or mixed fiber. 頭部に装着するディスプレイシステムの場合、1色当り0.1mWから10mWの光出力で十分である。 For display system mounted on a head, it is sufficient from one color per 0.1mW at optical output of 10 mW. したがってこのレーザ光源は直接的に赤色、緑色および青色の光を発するレーザダイオードか、緑色および青色光については周波数が2倍化されたまたは差周波数混合されたレーザダイオードでよく、もしくはツリウム(赤色、 緑色および青色)、エルビウム(緑色)、プラセオジミウム(赤色または青色) およびホルミウム(緑色)をドーピングしたZBLANファイバレーザが考えられる。 Thus the laser light source is directly red, or green and blue laser diode that emits light, the frequency for the green and blue light may be a 2-doubled or difference frequency mixing laser diode, or thulium (red, green and blue), erbium (green), praseodymium (red or blue) and ZBLAN fiber laser holmium (green) doped are contemplated. ファイバまたはファイバの束99の出力端100から発せられた光101 は2色ビームスプリッタ103に入射し、2色ビームスプリッタ103はレーザ光源87からの赤外線光を反射し、レーザ光源81、83および85からの可視光を透過する。 Light 101 emitted from the output end 100 of the bundle 99 of fibers or fiber is incident on a two-color beam splitter 103, two-color beam splitter 103 reflects the infrared light from the laser light source 87, a laser light source 81, 83 and 85 transmitting visible light from. 反射した赤外線光105はレンズ107によって赤外線検出器1 09に結像される。 Reflected infrared light 105 is imaged infrared detector 1 09 by the lens 107. 赤外線光源87を動作させて電力を供給し電池を充電する場合、検出器109の電気出力110を利用してディスプレイパネル115の電子工学素子115に給電することができ、その後電池でディスプレイ電気工学素子回路へ電力を供給する。 If by operating an infrared light source 87 to charge the battery to supply power, by using an electrical output 110 of the detector 109 can be used to power the electronics device 115 of the display panel 115, display electrical engineering device thereafter battery supplying power to the circuit. 赤外線光源は、デジタル符号化したディスプレイデータ信号で変調し、電子工学素子をトリガして画素をオンにしたりオフにしたりするようにしてもよい。 Infrared light source is modulated with digitally encoded display data signal may be turned off or or turn on a pixel triggers the electronic device. こうすれば、ディスプレイ領域に入る電気配線をなくすことができると考えられる。 In this way, it is considered possible to eliminate the electric wire entering the display region. レーザ光源81、83、85および87は、ディスプレイパネル115に結合されたファイバであり、頭部装着ディスプレイから離れた位置に置くことができる。 A laser light source 81, 83, 85 and 87 are coupled fiber to the display panel 115, it can be placed in a position away from the head mounted display. 2色ビームスプリッタ103を透過した可視光111 は、光学2値拡散スクリーン113を通り、ディスプレイパネル115を照らす。 Visible light 111 transmitted through the second color beam splitter 103, passes through the optical binary diffusion screen 113, illuminates the display panel 115. ディスプレイパネル115は液晶またはマイクロミラーディスプレイ等の空間光変調器であり、空間変調された光117がディスプレイパネル115を透過するかまたはこれに反射されて後現れる。 Display panel 115 is a spatial light modulator such as a liquid crystal or micro-mirror display, the light 117 that is spatially modulated appear after being reflected or to be transmitted through the display panel 115. レーザ光源81、83および85は、約200Hz以上の速度で、連続してパルス状にされ、各光源がパネル115全体を照らす。 A laser light source 81, 83 and 85 is about 200Hz or more speeds, is continuously pulsed, each light source illuminates the entire panel 115. パネルの電子工学素子は、各レーザパルスの後ディスプレイパネル115の画素を変化させて、人間にはフルカラー画像として捉えられる素早く連続する単色画像を作り出す。 Electronics devices panel, by changing the pixels of the display panel 115 after each laser pulse, the human creates the monochrome images in quick succession to be taken in a full-color image. 各レーザの色をこのように連続的なパルスにすることでランプで照らすディスプレイの場合に比べて3倍少ない画素の数で表示することができる。 Colors can be displayed for each laser by the number of 3 times fewer pixels than that of the display to illuminate a lamp by a continuous pulse thus. 活性マトリックス液晶ディスプレイパネル、特に強誘電液晶材料を使用するものはディスプレイ画素がこのように急速に変化する構成でも応答時間が十分に高速である。 Active matrix liquid crystal display panel, is intended to use a particular ferroelectric liquid crystal material which is fast enough response time be configured to display the pixel changes rapidly in this manner. これ以外には、可視レーザ光源81、83および85がすべて連続モードで動作し、各画素の背後にカラーフィルタを配するカラーディスプレイパネルを照らすこともできる。 Other than that, works on all visible laser light source 81, 83 and 85 a continuous mode, it is also possible to illuminate the color display panel arranging the color filters behind each pixel. 2組のレーザ光源で1対のディスプレイパネルを照らして両眼両像を作り出すことができる。 Against the pair of display panels in the two sets of the laser light source can produce both eyes both images. これ以外には、図5に示す単一のファイバまたは混合したファイバの束99を2本のファイバまたは2つのファイバの束に分けて、パネル115 のようなディスプレイパネルを2つ(1つは左目用でもう1つが右目用)ことができる。 The other, separately bundle 99 of a single fiber or mixed fiber shown in FIG. 5 in a bundle of two fibers or two fibers, two (one display panel such as the panel 115 is left another in use but can right-eye) it. 図6を参照して、液晶ディスプレイ125等のディスプレイパネルをレーザ光源123で均一に照らす1つの方法として、透明な材料の、光を導く、並列パイプ型のブロック121を使う方法がある。 Referring to FIG. 6, as a way to illuminate the display panel such as a liquid crystal display 125 uniformly by the laser light source 123, a transparent material, guiding light, there is a method of using a parallel pipe type block 121. 赤色、緑色および青色のレーザ光源123のファイバの端部をブロック1 21の裏面に当接させる。 Red, to the end of the green and blue fiber laser light source 123 into contact with the back surface of the block 1 21. この裏面は、ファイバの端部と一致する、光が入ってくる領域を除いてはほとんど100%に近い反射率を有していることが好ましい。 The back side is consistent with the ends of the fibers, it is preferred that except for a region where light enters has a reflectivity close to almost 100%. 光源123からの光はこうして光拡散ブロック121に入り、ブロック121 を経てその前面へ到達する。 Light from the light source 123 thus enters the light diffusion block 121, and reaches to the front through the block 121. ブロック121が十分な長さであれば、光はこの前面を均一に照らすことになる。 If block 121 is long enough, the light will be illuminated the front face evenly. この光をディスプレイ115上に直接射突させることができ、かつ出口表面124を反射防止コーティングしてもよい。 The light may be allowed to impinge directly on the display 115, and an exit surface 124 may be an anti-reflection coating. 好ましくは、前面124は約90%の反射率を有する。 Preferably, the front face 124 has a reflectance of about 90%. これによって光がブロック121 内で前後に跳ね返って並列パイプのより長い光路が作り出され、これによってブロック121を長くしなくてもディスプレイ115に射突する均一な光を増大させることができる。 This light is the longer optical path of the parallel pipes rebound back and forth in block 121 is created, whereby it is possible to increase the uniform light to impinge on the display 115 without a longer block 121. また、複数のファイバを介して別々に光分散ブロック121 の裏面に結合させられる複数のレーザ素子で3つの光源を各々製作してもよい。 Further, each may be fabricated of three light sources in the plurality of laser elements to be coupled to the rear surface of the light dispersion block 121 separately through a plurality of fibers. または各光源からの単一のファイバをファイバスプリッタを使って複数のファイバに分割して、光が複数の領域でブロック121に入ることができるようにし、 より短い距離で均一な照明を行なうことができるようにしてもよい。 Or in a plurality of fibers with a fiber splitter a single fiber from each light source, the light is to be able to enter the block 121 in a plurality of areas, it is possible to uniform illumination at a shorter distance it may be able to. 長方形のブロック121の平行な側壁および鋭い角によってレーザ光源123の必要な直線偏光が保持され、照明液晶ディスプレイパネル125によるより効率的な光の利用が図られる。 Required linear polarization of the laser light source 123 is held by the parallel side walls and sharp corners of the rectangular block 121, efficient use of light is achieved than by illumination liquid crystal display panel 125. つまり、液晶ディスプレイでは偏光されない光の50%が失われる。 That is, in the liquid crystal display 50% of the unpolarized light is lost. したがって、適切なL Cディスプレイ偏光と一致する直線偏光されたレーザビームによって、照明光のおよそ100%がディスプレイスクリーン上で可視状態になる。 Accordingly, the linearly polarized laser beam to match the appropriate L C display polarization, approximately 100% of the illumination light becomes visible on the display screen.直線偏光されたレーザ照明の他の用途には、3Dディスプレイの製作への利用がある。このディスプレイは2組の直線偏光されたレーザ光源(1組は直線偏光された赤色、緑色および青色の光源で、もう1組は直角偏光された赤色、緑色および青色の光源)を使用して製作され、各色が縦横両方に偏光されたレーザ光源を有する。これらの光源を、たとえばテキサス・インストロメンツ製作の変形可能なシリコン系レフレクタアレイ等のマイクロミラーマトリックスディスプレイパネルなどの偏光に反応しない空間光変調器とともに使用する。画像は、1組の直角直線偏光された眼鏡を介して見る。レーザ光源を少なくとも360Hzの速度で連続的にパルス状にし、各色および偏光を少なくとも60Hzのサイクル速度でリフレッシュするようにし、各パルスのデューティファクタを6分の1にしかつパルス長を2.8msec以下にする。典型的な照明の順序は、横方向に偏光された赤色、横方向に偏光された緑色、横方向に偏光された青色、縦に偏光された赤色、縦に偏光された緑色、縦に偏光された青色等の順であり、または横方向に偏光された赤色、縦方向に偏光された赤色、横方向に偏光された緑色、縦方向に偏光された緑色、横方向に偏光された青色、縦方向に偏光された青色等といった順序でもよい。順序はこれ以外でも可能である。空間変調器は各パルスごとに再構成される。これは、観察眼鏡の一方のアイピースは横方向に偏光されておりかつ他方は縦方向に偏光されているので、片方の目は特定の偏光による光しか受けず、またパルス繰返し速度が速いため、単色画像を素早く続けたものが見る人にはカラー画像として捉えられるので、わずかに異なる色のシーンを各々の目に送ることができるからである。別々のデジタルカラーを有することによって、カメラはまるで人の目と目が離れているのと同様に離れた位置と角度から画像を記録し、このデータを空間変調器に送って直線偏光されたレーザ光源の各組によって照らすことによって、このシーンの真の3次元画像を見ることができる。図7を参照して、3次元画像を得るもう1つの方法は第1の方法に類似しているが、先程の直線偏光されたレーザ光源の組は2組のわずかに異なる波長で動作するレーザに置換えられている。偏光眼鏡は異なる波長の帯域を有するフィルタに置換えられている。図7aおよび7cは、この2組のレーザ光源についてレーザ出力を強度Iと波長λの関係から示す図である。 1組の光源(図7a)が強度スパイク131、133および135で表わす、440nm (青色)、520nm(緑色)および630nm(赤色)の光を生成する。もう1組の光源(図7c)は、強度スパイク137、139および141で表わす、 わずかに長い波長の470nm(青色)、540nm(緑色)および650nm (赤色)の光を生成する。これ以外には、1組の波長を調整することができるレーザ光源を時間多重化の形で積極的に調整して2組の発光波長を生成してもよい。図7bおよび7dは観察眼鏡の2つのアイピースについて、フィルタ帯域を透過率T対波長λの関係から示す図である。一方のアイピース(図7b)は透過率包絡線132、134および136で表わす帯域波長を有し、これは第1の組のレーザ光源の440nm,520nmおよび630nmという強度スパイクと一致し、一般に他の組の光源からの波長の透過をブロックする。もう一方のアイピース(図7d)は透過率包絡線138、140および142で表わす帯域波長を有し、これは第2の組のレーザ光源の470nm,540nmおよび650nm という強度スパイクに一致しており、かつ一般に、第1の組の光源の波長の透過をブロックする。各色について空間変調器構成を制御するのに使用するイメージデータを記録するカメラも、観察した画像ができるだけ色に忠実になるように、 図7bおよび7dと一致する透過率帯域の光波長フィルタを備えている必要がある。必要な特徴を備えたフィルタは色付ガラスで製作するかまたは干渉技術を利用して製作することができる。 3D画像化の第3の方法は波長フィルタ処理および直線偏光フィルタ処理を利用する方法である。この方法は、特定のレーザ光源が簡単に直線偏光されないかもしくは特定の波長のレーザまたはフィルタを費用効率的なやり方で製作できないような場合に必要となるかもしれない。図8を参照して、もう1つの実施例では、単一の空間モードレーザ143が光144を発し、この光がレンズ145により集光されかつコリメートされる。この光144は第1の位相板147を照らす。位相板147は同位相板を透過した光がある距離を伝搬した後周期的な2次元の光のスポットのアレイ148を構成するような干渉を起こすような構成である。光のスポット148の間隔と周期的なマッチングを行なう空間変調器149は光のスポットのアレイ148の位置に置かれる。典型的には、液晶アレイ等の空間光変調器は、光が透過されない画素150間の広い領域が駆動電子工学素子によって占められている。液晶ディスプレイパネルをコリメートしたビームで直接的に照らす場合には、画素間の領域に当たる光の部分は無駄になる。この実施例では、光の全部または大部分が位相板147により凝縮されて画素領域上のスポット148になり、この光のスポット148は全部がディスプレイ素子150を透過する。選択肢として、第2の位相プレート151を配して、液晶アレイ149を透過した光を単一のコリメートされたビームに再構成してもよい。映写用光学装置152で光をビュースクリーン上に結像する。図9aおよび図9bを参照して、複数のレーザ光源を使用してもよい。図9a では、N個のレーザ光源155−157がいくつかの光ファイバ158−160 に結合されている。これらファイバの出力端161では、ファイバはマトリックス状かまたは他の束ねる構成に配されて、単一の高出力ビームを生成する。この構成が有利なのは、レーザ光源の数を決めて必要な光出力を得るだけで、類似するレーザ光源を頭部装着ディスプレイや家庭用テレビ映写システム等の比較的低出力の応用や、劇場での映写システム等の比較的高出力の応用にも使用することができる点である。なお、ファイバを用いない複数のレーザ光源を用いてもよい。これらの光源は直線偏光を維持しながら均一なディスプレイ照明を行なうためレンズにしてもよい。図9bでは、複数のレーザ光源を時間多重化して出力要件を低減しかつ空間変調ディスプレイパネルの制御を簡略化している。この例では、4つのレーザ光源(ファイバ結合を含む)163−166を配してディスプレイパネル168のさまざまな部分169−172を照らす。レンズ167はレーザ光をディスプレイ168上に結像する。異なる間隔でレーザ163−168の各々を連続的にパルスにすることによって、各回ディスプレイパネル168の4分の1だけが照らされる。したがって、パネル168の4分の1のみを各回処理するだけでよい。複数の空間的にインコヒーレントなレーザエミッタの使用と他の技術を組合せてスペックルを減らすことができる。スペックルはレーザ光のコヒーレンスに関連する効果で、このスペックルによって画像に望ましくない粒子の粗い部分が現れる。図9aの複数のレーザを使用する実施例では、光ファイバ出力161からの光がすべて相互にインコヒーレントになっている。レーザ光源155−157 の各々はそれ自体のスペックルパターンを生成しており、画像全体におけるスペックルは、複数のスペックルパターンが相互に平均化しあう形で低減されることになる。図10aにおいて、レーザ光源からの光175は、圧電結晶または小型ラウドスピーカ型磁気トランスデューサ等の振動機械トランスデューサ177周りにきつく巻いたマルチモード光ファイバ176内へ入射する。振動トランスデューサ177は、マルチモードファイバ176に圧力を与えてファイバ176の中を伝搬する光175の光モードをスクランブルさせる。こうするとファイバの出力1 78でスペックルパターンの滲みが生じる。振動速度はディスプレイのフレーム速度よりかなり速くすることが好ましい。スペックルパターンは人の目および視覚皮質が反応するよりも早く変化するので、平均化することができる。図10bでは、単一の空間モードレーザ180からの光181が、出力183 で束ねられるファイバのアレイ182内へ結合される。この束ねられたファイバ182の各々が異なる位置でディスプレイパネルを照らしかつビュースクリーン上に形成される画像にさまざまなスペックルパターンを生じさせる。さまざまなスペックルパターンを平均化することで目で見える画像における全体的なスペックルを減らすことになる。同様に図10bにおいて、束の中のファイバ182の長さが異なっていれば、 ファイバ182の長さの差はレーザ光源180からの光181のコヒーレンス長よりも長いので、単一の光源180がファイバ182の入力部を空間的にコヒーレントなビーム181で照らしたとしても、ファイバの束の出力部183の光はもはや空間的にコヒーレントなものではなくなる。束の中の各ファイバ182は異なるスペックルパターンの光を発し、ディスプレイ画像のなかの全体的なスペックルはこの異なるスペックルパターンを平均化することによって低減されることになる。図10cを参照して、各々波長がわずかに異なる複数のレーザ光源185がファイバの束189にまとめられている複数の光ファイバ187内へ結合される。これによって各原色について、全体的スペクトルがいずれのレーザ光源185のスペクトルに対しても広くなっている出力ビーム190が得られる。スペクトルの幅がこのように広くなると光190についてのコヒーレンス長が縮小し、したがって光源のコヒーレンスに依存するスペックルは最終的なディスプレイ画像において低減される。光190のスペクトル幅が広くなればなるほど発生するスペックルが減るのは、光がコヒーレントな干渉を起こさなくなるからである。一般に図10cに示す複数の光源による方法ほどには広くないにしても、より広いスペクトルを生成するもう1つの方法はレーザダイオードからの出力をパルス状にすることである。レーザをパルス状にすることによってレーザダイオードから複数の波長が発せられ、スペックルが低減される。この効果はパルスにされた光を、比較的高い分散のガラス導波路内へ結合することによってより強化される。これによってわずかに異なる波長の光がわずかに異なる光路長を有することになる。導波路が長くかつ分散が大きければ大きいほど、光路長はより変化し、生じるスペックルは減少する。光が壁とミラーとの間の複数の光路を通る、図6に示す並列パイプ型等の導波路でもスペックルはかなり低減される。図11を参照して、レーザ光源191は、単一または複数空間モードのいずれかの光である光192を発し、この光がレンズ193によってセミコリメートされる。コリメートされた光194はマイクロレンズアレイ195を介して液晶アレイ196を照らす。レンズアレイ195を設けた目的は、アレイ196内の液晶画素間の領域に入射し吸収されてしまう光の量を減らすことによって、光19 4の液晶アレイ196の透過を改善することにある。この目的のため、マイクロレンズアレイ195は、液晶アレイの画素の周期性と一致する周期的間隔のマイクロレンズ素子を有する。各レンズ素子はおよそ焦点距離の間隔で1つの液晶画素の前に置かれる。最も発散度の高い横方向のディメンジョンにおいてレンズ193で少なくとも部分的にコリメートされた光194を使用することでマイクロレンズアレイ195の開口数の要件がかなり減じられ、マイクロレンズの集光効率が改善される。第1のレンズアレイ1 95に実質的にマッチする第2のレンズアレイ197を液晶アレイ196の出力側に置いて、透過した光を再コリメートする。異なる波長の複数レーザ光源を、 2色ミラーを使用することによってコリメートされたビーム領域194で簡単に組合せることができ、したがって連続するレーザパルスを利用する場合には1つのディスプレイ196のみが必要となる。図12aおよび図12bを参照して、各レーザ光源を時間多重化することによって2方向のうちいずれかにカラーディスプレイ画像におけるカラーバランスを調節することができる。図12aでは、赤色、緑色および青色光源の各パルスのピーク出力または強度を変更してさまざまな光源の輝度における違いやさまざまな波長に対する人間の目の感度の違いを補償することができる。ここでは、赤色光源のパルス201の出力が最大で、緑色光源のパルス202はより出力が小さく、最も出力が低いのは青色光源のパルス203である。これらの出力レベルを必要に応じて調整し希望するカラーバランスを得ることができる。これ以外では、図12bで、光の各波長または色についてパルス長t 1 、t 2またはt 3がカラーバランスを得るために調節される。ここでは、たとえば緑色パルス205は、赤色または青色パルス204および206よりも長いパルス長t 2を与えられている。 3色すべてについての全体的組合せ繰返し速度はフリッカを避けるために60Hz以上にされるが、デューティファクタを増減させて各々の色に、パルスについて多少相対的な持続時間を設定する。カラーバランス調整は1以上の波長を積極的に調整することによっても行なうことができる。この波長の調整は図12に記載されるピーク出力またはパルス幅の調整と組合せてもよい。図13を参照して、複数のレーザ光源からの入来のコリメートされた光ビーム210は、偏向マイクロミラー型空間光変調器209を照らす。この空間光変調器209はテキサス・インストロメンツから入手可能で、基板上に変形可能なシリコンマイクロミラー211−215などが形成されている。各マイクロミラーは、1つの画素を表わし、変形させたりそのままにしておいたりすることができる(あるいは代替的にはさまざまな方向に偏向させる)。典型的な偏向角度は約10℃である。レーザ光源からの光210はミラーアレイ209から反射され、 偏向の角度は各ミラー211−215等の配向に依存する。ミラー211、21 3および215により表わされるある偏向位置では、 ミラーで反射した光216が映写レンズ217を透過する。ミラー212および214で表わす他の偏向位置では、ミラーで反射した光218が映写レンズ21 7を外れ失われる。インコヒーレントな光源ではなく、コリメートされたビーム210を生成するレーザ光源を使用することで、入射光210の角度がよりよく規定され、かつ反射された光216および218の映写または損失に必要なミラー211−215等の角度の変化を少なくできる。さらに、システムのコントラストが改善される。さらに、映写レンズ217の前に狭い空間フィルタを使用してさらにレーザビーム216の高い方向性を利用することもできる。図14aおよび図14bを参照して、位相板を使用し、ディスプレイパネルの指定された画素上に赤色、緑色および青色の光のスポットを置けば、ディスプレイパネル自体の上に個別のカラーフィルタのアレイを設けることなくカラー画像を生成することができる。図14a(説明をわかりやすくするため2種類の色についてのみ図示する)では、レーザダイオード結合ファイバまたはファイバの束の出力端等の赤色および青色レーザ光源221および222がコリメートレンズ223に光を与える。光源221および222はレンズ223の光軸に対して異なる位置に置かれているので、レンズ223はコリメートされたビーム224および225を各色について異なるビーム方向で作り出す。コリメートされたビーム224および225は位相板22 6に当たる。光スポット227の列が位相板226により作り出され、赤色および青色スポットは周期性は同じだが空間的には相互に分離されている。各光のスポット227は液晶アレイ228の1つの素子によって変調される。液晶アレイ228の出力側の第2の位相板229はアレイ228を透過した光を再びコリメートしてカラー画像を結ぶ。図14bでは、位相板226および229をレンズアレイ235および236 で置換えている。光源231および232からくる光はコリメートされたビームとして異なる方向に向けられる。異なる角度でレンズアレイ235に入射する光はレンズ素子によってディスプレイパネル234の異なる画素に対し焦点を合わされる。ディスプレイパネル素子を透過した光はレンズアレイ236によりカラー画像として再びコリメートされる。図15aおよび図15bを参照して、レーザ系光源からの出力は、さまざまな個々のレーザからの光を組合せることによって増大させることができる。典型的には、そのようなさまざまな光源が、組合された光源の全体的な開口数を増大させるのである。したがって、組合された光源の輝度は、レーザビームの数が増えても一定のままである。ただし、わずかに異なる波長のレーザ光源からの光を組合せることによって、組合されたビームの強度を個々のビームのレベルより高くすることができる。図15bでは、第1の波長λ 1の光が2色フィルタ246によって第2の波長λ 2の光と組合される。青色241、緑色243および赤色245の色の組の各々について4つの光源を組合せることにより生じるスペクトルについて図15a に示す。図16を参照して、典型的なレーザビーム251の強度プロファイル253は典型的なディスプレイスクリーンのサイズに最適に一致するわけではない。レーザビーム251は典型的にはあるアスペクト比を有するガウス型強度分布253 を有する。一方ディスプレイは長方形で、均一な照明が必要である。レーザからの光でディスプレイを一杯にすることによって、レーザビームの中心のより均一な部分を使用することができる。ただし、この方法によるとビームの均一でない端縁部分を切り捨ててしまうので損失は大きくなる。図16では、ディスプレイのサイズに一致する均一な光の強度分布256を作り出すため、2つの位相板2 52および254を使用する。レーザからの光251は分散し、この2つの位相板252および254によってコリメートされてその強度分布を入力ビーム25 1のガウス型プロファイル253から出力ビーム255の均一な分布256に変えるこの方法は、液晶ディスプレイの前面に多くの光のスポットを作り出すために使用した図8の位相板と組合せて使用することもできる。この場合、光のスポットのすべてが均一な強度を有することになる。

【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1996年2月12日【補正内容】 請求の範囲1. [Procedure amendment] # 184 Article 8 [filing date] February 12, 1996 Patent Act [correction contents] the scope of claim 1. 複数の画素を含む空間光変調器と、 前記複数の画素に光学的に結合されて少なくとも3つの異なる波長帯域を有する光を生成する光源を含み、前記光が前記空間光変調器に射突して像を形成し、 前記光源が前記3つの異なる波長帯域のうちの1つを生成するレーザを含み、さらに 前記光源と前記空間光変調器の両方に光学的に結合され光を分散させて、実質的に均一な強度分布で前記複数の画素に射突させる手段とを含む、ディスプレイシステム。 A spatial light modulator including a plurality of pixels, includes a light source for generating light having at least three different wavelength bands are optically coupled to the plurality of pixels, the light is impinge on the spatial light modulator the image forming Te, wherein said light source comprises a laser for generating one of said three different wavelength bands, and further optically coupled to disperse the light into both of said spatial light modulator and the light source, and means for impinge on the plurality of pixels in a substantially uniform intensity distribution, the display system. 2. 2. 前記光源に電子工学的に結合され前記光源からの前記少なくとも3つの異なる波長帯域の時間多重的発光を行ない前記像のカラーバランスを調節する手段をさらに含む、請求項1に記載のディスプレイシステム。 Further comprising means for adjusting the color balance of the image subjected to time multiplexing luminescence of said at least three different wavelength bands from the light source is electronically coupled light source, a display system according to claim 1. 3. 3. 前記光源と前記空間光変調器との間に位置し、前記複数の画素の周期性に一致する周期性を有する光のスポットから成る複数の光度が集中した部分を形成して、前記光源が前記複数の画素を照らし、前記空間光変調器の画素間の領域は実質的に照らされないようにする手段をさらに含む、請求項1に記載のディスプレイシステム。 The light source and positioned between said spatial light modulator, to form a portion in which a plurality of light intensity consisting spot of light is concentrated with periodicity that matches the periodicity of the plurality of pixels, the light source is the illuminating the plurality of pixels, a region between pixels of the spatial light modulator further comprises means to prevent substantially illuminated display system according to claim 1. 4. 4. 前記光源が、各々異なる波長帯域を生成する3つのレーザ光源を含み、前記3つのレーザ光源の各々が前記形成手段に相対的に配置されて前記複数の画素のうち異なる指定されたサブセットの画素を照らす、請求項3に記載のディスプレイシステム。 Wherein the light source comprises three laser light sources for generating respective different wavelength bands, a pixel of different specified subset of each relatively disposed with the plurality of said forming means pixels of the three laser light sources illuminating display system of claim 3. 5. 5. 前記形成手段が位相板である、請求項4に記載のディスプレイシステム。 It said forming means is a phase plate, a display system according to claim 4. 6. 6. 前記形成手段がマイクロレンズアレイである、請求項4に記載のディスプレイシステム。 It said forming means is a microlens array, a display system according to claim 4. 7. 7. 前記分散手段が、前面および背面を有する透明で光を導く平行パイプ型のブロックを含み、前記光源からの光が前記背面を介して前記ブロック内に結合されかつ前記ブロックから結合を外されて前記複数の画素の少なくとも2つを同時に均一に照らす、請求項1に記載のディスプレイシステム。 Wherein said dispersion means comprises a transparent parallel pipe type for guiding light block having front and rear, light from the light source is coupled to the block through the back and been removed the bound from the block illuminate a plurality of pixels of at least two simultaneously uniform display system according to claim 1. 8. 8. 前記レーザ光源がレーザダイオードを含む、請求項1に記載のディスプレイシステム。 The laser light source comprises a laser diode, a display system according to claim 1. 9. 9. 前記レーザ光源の少なくとも2つは波長が調整可能である、請求項1に記載のディスプレイシステム。 At least two are wavelength adjustable display system of claim 1, wherein the laser light source. 10. 10. 各レーザ光源が調節可能なパルスデューティファクタを有する、請求項1 に記載のディスプレイシステム。 Each laser light source having an adjustable pulse duty factor, a display system according to claim 1. 11. 11. 少なくとも3つのレーザ光源が各々2組あり、前記2組の光源が異なる組合せの発光波長を有する、請求項1に記載のディスプレイシステム。 There are at least three laser light sources each two pairs, having an emission wavelength of a combination of the two sets of light sources are different, the display system according to claim 1. 12. 12. 前記空間光変調器が液晶ディスプレイパネルである、請求項1に記載のディスプレイシステム。 The spatial light modulator is a liquid crystal display panel, a display system according to claim 1. 13. 13. 前記空間光変調器がモノリシック基板上の偏向可能なマイクロミラーのアレイである、請求項1に記載のディスプレイシステム。 The spatial light modulator is a deflectable micro mirror array on a monolithic substrate, a display system according to claim 1. 14. 14. 光学的に結合されて前記光源と前記空間光変調器との間に光を当てる光ファイバと、前記ファイバに結合されて前記ファイバを機械的に振動させてスペックルを低減するための手段とをさらに含む、請求項1に記載のディスプレイシステム。 An optical fiber is optically coupled shed light between said spatial light modulator and the light source, and means for reducing speckle mechanically vibrate the fibers coupled to said fiber further comprising a display system as claimed in claim 1. 15. 15. 各レーザ光源が相互にインコヒーレントな光を発する複数のレーザエミッタと、前記レーザエミッタから発せられた光を1つのビームに組合せて前記空間光変調器を照らす、請求項1に記載のディスプレイシステム。 A plurality of laser emitters each laser light source emits incoherent light to each other illuminating the spatial light modulator in combination with light emitted from said laser emitter to one beam, a display system according to claim 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 庁内整理番号 FI H04N 9/12 9187−5C H04N 9/12 A (72)発明者 シフレス,ドナルド・アール アメリカ合衆国、95134 カリフォルニア 州、サン・ノゼ、ローズ・オーチャード・ ウェイ、80 (72)発明者 ウェルチ,デイビッド・エフ アメリカ合衆国、94025 カリフォルニア 州、メンロ・パーク、オーク・ノル・レー ン、1894 (72)発明者 ラング,ロバート・ジェイ アメリカ合衆国、94588 カリフォルニア 州、プレザントン、オリーブ・ドライブ、 7580 【要約の続き】 る。 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (51) Int.Cl. 6 identification symbol Agency Docket No. FI H04N 9/12 9187-5C H04N 9/12 a ( 72) inventor Shifuresu, Donald Earl United States, 95134 California, San Jose, Rose Orchard way, 80 (72) inventor Welch, David F. United States, 94025 California, Menlo Park, Oak Nol-lane, 1894 (72) inventor Lang, Robert Jay United States , 94588 California, Pleasanton, olive-drive, Ru [continuation of the summary] 7580. レーザ光源(81、83、85、87)の光ファイバ結合(99)を利用してこれらの光源およびその電源をディスプレイパネル(115)から物理的に分離することができる。 Can be physically separate these sources and their power from the display panel (115) by utilizing the optical fiber coupling of the laser light source (81, 83, 85, 87) (99).

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. [Claims] 1. 複数の画素を有する空間光変調器と、 異なる波長の少なくとも3つのレーザ光源を含み、各光源はその光源の波長にそのとき対応する前記空間光変調器の画素を所与の時間に走査によらず照らすために位置が決められ、かつさらに 前記レーザ光源と前記空間光変調器との間に位置して前記光源からの光を前記照らされた画素に対し均一に分散させるための手段とを含む、ディスプレイシステム。 It includes a spatial light modulator having a plurality of pixels, at least three laser light sources of different wavelengths, each light source independently of the scanning pixels of the spatial light modulator of their corresponding time to the wavelength of the light source at a given time illuminating position is determined to not, and further comprising a means for uniformly dispersing to said illuminated pixels to light from the light source positioned between said spatial light modulator and the laser light source , display system. 2. 2. 前記空間光変調器の各画素が前記波長の各々に連続的に対応し、かつ前記レーザ光源が前記空間光変調器の前記画素のすべての各連続する光源によって時間多重化された走査によらない照明を行なうため連続してパルス状にされる、請求項1に記載のディスプレイシステム。 Each pixel of the spatial light modulator is continuously corresponding to each of the wavelength and the laser light source is not due to all the scan time multiplexed by each successive light source of the pixel of the spatial light modulator continuously to perform the illumination is pulsed, display system according to claim 1. 3. 3. 前記空間光変調器の各画素が特定の波長専用であり、かつ前記レーザ光源が連続モードで動作され、各レーザ光源がそのレーザ光源から発せられた特定の波長に専用の全画素からなる前記空間光変調器の画素の指定されたサブセットのみを照らす、請求項1に記載のディスプレイシステム。 The space in which each pixel of the spatial light modulator is a specific wavelength only, and the laser light source is operated in continuous mode, the laser light source consisting of whole pixels dedicated to a particular wavelength emitted from the laser light source illuminate only the specified subset of the pixels of the light modulator display system according to claim 1. 4. 4. 位相板が前記レーザ光源と前記空間光変調器との間に位置し、前記位相板が対応する波長の画素の各前記指定されたサブセット上に光のスポットを形成する、請求項3に記載のディスプレイシステム。 Located between the phase plate and the laser light source the spatial light modulator to form a spot of light on a subset of the phase plate is the said specified pixel of the corresponding wavelength, according to claim 3 display system. 5. 5. マイクロレンズアレイが、前記空間光変調器の画素の群の前に配置され、前記光源からの光が前記マイクロレンズアレイによって、対応する波長の画素の前記指定されたサブセットに像を結ぶ、請求項3に記載のディスプレイシステム。 A microlens array is disposed in front of a group of pixels of the spatial light modulator, the light is the microlens array from the light source, it forms an image subset that is the designated pixel of the corresponding wavelength, claim display system according to 3. 6. 6. 位相板が、前記レーザ光源と前記空間光変調器との間に配置され、前記位相板が前記空間光変調器の各画素上に光のスポットを形成する、請求項1に記載のディスプレイシステム。 Phase plate is disposed between the laser light source and the spatial light modulator to form a spot of light to the phase plate on each pixel of the spatial light modulator display system according to claim 1. 7. 7. マイクロレンズアレイが、前記空間光変調器の前に配置され、前記マイクロレンズアレイおよび空間光変調器が一致する空間間隔を有する、請求項1に記載のディスプレイシステム。 A microlens array is disposed in front of the spatial light modulator comprises a spatial separation in which the microlens array and the spatial light modulator match, display system according to claim 1. 8. 8. 前記分散させるための手段が、反射性の前面および背面を有する透明な光を導く平行パイプ型のブロックを含み、前記光源からの光が前記背面を介して前記ブロック内へ結合されかつ前記ブロックからの結合が外れて前記前面を介して前記空間光変調器を均一に照らす、請求項1に記載のディスプレイシステム。 It means for the dispersion comprises a parallelepiped-shaped block for guiding the transparent light having a front and back reflective, from the light from the light source through the rear being coupled into said block and said block binding uniformly illuminating the spatial light modulator through the front out, display system according to claim 1. 9. 9. 前記レーザ光源が、レーザダイオードを含む、請求項1に記載のディスプレイシステム。 It said laser light source comprises a laser diode, a display system according to claim 1. 10. 10. 前記レーザ光源の少なくとも2つは波長が調整可能である、請求項1に記載のディスプレイシステム。 At least two are wavelength adjustable display system of claim 1, wherein the laser light source. 11. 11. 各レーザ光源が、調節可能なパルスデューティファクタを有する、請求項1に記載のディスプレイシステム。 Each laser light source, having an adjustable pulse duty factor, a display system according to claim 1. 12. 12. 少なくとも3つのレーザ光源が各々2組存在し、前記2組の光源が異なる組の発光波長を有する、請求項1に記載のディスプレイシステム。 At least three laser light sources are present, each two pairs, with the two sets of light sources different set of emission wavelengths, a display system according to claim 1. 13. 13. 前記空間光変調器が液晶ディスプレイパネルである、請求項1に記載のディスプレイシステム。 The spatial light modulator is a liquid crystal display panel, a display system according to claim 1. 14. 14. 前記空間光変調器がモノリシック基板上に配された偏向可能なマイクロミラーのアレイである、請求項1に記載のシステム。 The spatial light modulator is a deflectable micro-mirror array disposed on a monolithic substrate, according to claim 1 system. 15. 15. 各レーザ光源が、互いにインコヒーレントである光を発する複数のレーザエミッタと、前記レーザエミッタから発せられた光を組合せて前記空間光変調器を照らす単一のビームにする手段とを含む、請求項1に記載のディスプレイシステム。 Each laser light source, and means for the single beam illuminating the plurality of laser emitters emitting light is incoherent to each other, the spatial light modulator in combination with light emitted from said laser emitter, claim display system as claimed in 1.
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